超纯水的制备

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选择反渗透RO膜需要考虑哪些性能指标



1：脱盐率： RO膜的脱盐率=(1–RO膜的产水含盐量/进水含盐 量)×100% 2：产水量：指反渗透系统的产水能力，即单位时间 内透过RO膜的水量，通常用吨/小时或加仑/天来表 示。 3：回收率：指反渗透膜系统中给水转化成为产水或 透过液的百分比。依据反渗透系统中预处理的进水 水质及用水要求而定的。RO膜系统的回收率在设计 时就已经确定。
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水的分类

按照含盐量分类：


1：淡化水：对高盐水进行脱盐处理。 2：脱盐水：相当于普通蒸馏水。 剩余盐量1-5mg/L，电阻率<1×106Ω·cm。 3：纯水： 剩余盐量<1mg/L,电阻率>1×106Ω·cm 4：高纯水: 剩余盐量<0.1mg/L,电阻率>1×107Ω· cm
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进水要求 项目 单位 进水要求 TEA(总可交换阴离子,包括CO2) ppm <25 电导率 μs/cm <65 PH值 5~9 硬度(以CaCO3计) ppm <0.5 活性硅 ppm <0.5 TOC ppm <0.5 游离氯 ppm <0.05 Fe,Mn,H2S ppm <0.01 SDI 15min <1.0 油脂 测不出 浊度 NTU <1.0 氧化物 测不出 色度 APHA <5 注意:EDI模块的进水必须是反渗透产水或水质相当于反渗透产水的水源.
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影响反渗透膜性能的因素
1：回收率 2：温度 3：压力 4：压密 5：浓差极化

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反渗透膜的材料

醋酸纤维素：又称乙酰纤维素或纤维素醋酸酯。常以含纤 维素的棉花、木材等为原料，经过酯化和水解反应制成醋 酸纤维素，再加工成反渗透膜。
聚酰胺：包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺两大类。20世 纪70年代应用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龙—4、尼 龙—6和尼龙—66膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。 膜材料为芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含 氮芳香聚合物。
17.0磅（7.7公斤） 7磅（3.18公斤） 100加仑（379升）
用硫酸调节至10.0
3
三聚磷酸钠 十二烷基本磺酸钠 反渗透产品水 （无游离氯）
17.0磅（7.7公斤） 7磅（3.18公斤） 100加仑（379升）
用硫酸调节至10.0
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反渗透膜污染的特征及处理方法
污染物 钙类沉积物 （碳酸钙及磷酸钙类，一般发生于系 统第二段） 氧化物 （铁、镍、铜等） 各种胶体 （铁、有机物及硅胶） 硫酸钙 （一般发生于系统第二段） 一般特征 脱盐率明显下降 系统压力增加 系统产水量稍降 脱盐率明显下降 系统压力明显升高 系统产水量明显降低 脱盐率稍有降低 系统压力逐渐上升 系统产水量逐渐减少 脱盐率明显下降 系统压力稍有或适度增加 系统产水量稍有降低 脱盐率可能降低 系统压力逐渐升高 系统产水量逐渐降低 脱盐率可能降低 系统压力明显增加 系统产水量明显降低 处理方法 用清洗液1清洗系统
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现代集成电路对水的要求

在TOC、DO等方面要求越来越高
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超纯水的工艺流程
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原水——原水箱——原水泵——石英砂过 滤器——活性炭过滤器——软化器——保 安过滤器——一级高压泵——一级反渗透 装置——二级高压泵——二级反渗透装 置——RO水箱——RO水泵——EDI装 置——EDI水箱——纯水泵——抛光混床 装置——1us过滤器——紫外线杀菌装 置——0.22us过滤器——用水点

复合膜很好地解决了上述问题，它可以分别针对致密层和支持层的要求选 择脱盐性能好的材料和机械强度高的材料。从而复合膜的致密层可以做得 很薄，有利于降低拖动压力；同时消除了过渡区，抗压密性能好。 基膜的材料以聚砜最为普遍，其次为聚丙烯和聚丙烯腈。因为聚砜价廉易 得，制膜简单，机械强度好，抗压密性能好，化学性能稳定，无毒，能抗 生物降解。 为进一步增强多孔支撑层的强度，常用聚酯无纺布。 脱盐层的材料主要为芳香聚酰胺。此外还有哌嗪酰胺、丙烯-烷基聚酰胺与 缩合尿素、糠醇与三羟乙基异氰酸酯、间苯二胺与均苯三甲酰氯等。

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复合膜
复合膜的特征是主要由以上两种材料制成，它是以很薄的致密层和多孔支 撑层复合而成。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用；致密层也 称表皮层，起脱盐作用，故又称脱盐层。脱盐层厚度一般为50nm，最薄 的为30nm。 由单一材料制成的非对称膜有下列不足之处： 1、致密层和支持层之间存在被压密的过渡层。 2、表皮层厚度最薄极限为100nm，很难通过减小膜厚度降低推动压力。 3、脱盐率与透水速度相互制约，因为同种材料很难兼具脱盐和支撑两者 均优。
冲洗
再生
冲洗
第7步
再生
再生
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清洗用的化学药剂规格 氯化钠（NaCl） 食品级（≥99.80%）,ACS或USP级 Halane（1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲） USP或ACS grade 过乙酸和双氧水30% ACS级或水处理系统清洗用的商业产品 盐酸(HCl) ACS或技术级(Technical grade) 氢氧化钠(NaOH): 球状,NF,ACS或净化级;或者是50%溶液
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RO膜结构1
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RO膜结构2
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RO膜的清洗
清洗液 成分 配置100加仑（379升）溶液时的加入量 PH调节
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柠檬酸 反渗透产品水 （无游离氯）
17.0磅（7.7公斤） 100加仑（379升）
用氨水调节至3.0
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三聚磷酸钠 EDTA四钠盐 反渗透产品水 （无游离氯）
超纯水的制备
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半导体行业中的纯水
器件的水质标准
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2
天然水中的杂质

悬浮物，如：细菌、泥沙、粘土等
胶体，如硅酸盐、铁、铝化合物等 溶解物，如盐类：钠盐，钾盐等 气体：氧、二氧化碳、氮等


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杂质对半导体材料的影响

有害杂质（离子）随着扩散，烧结等工艺步骤进入半 导体内部，导致器件失效。 如：p-n结反向漏电流增大，过早击穿。 MOS中二氧化硅层内可动电荷增加 导致器件击穿电压降低，开启电压漂移。
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EDI工作原理

EDI装置将离子交换树脂充夹 在阴/阳离子交换膜之间形成 EDI单元。 EDI组件中将一定 数量的EDI单元间用网状物隔 开，形成浓水室。又在单元 组两端设置阴/阳电极。在直 流电的推动下，通过淡水室 水流中的阴阳离子分别穿过 阴阳离子交换膜进入到浓水 室而在淡水室中去除。而通 过浓水室的水将离子带出系 统，成为浓水。
一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电 迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电 渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压 使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选 择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯 化的目的

EDI膜堆主要由交替排列的阳 离子交换膜、浓水室、阴离子 交换膜、淡水室和正、负电极 组成.
1：异相膜：粉末状离子交换树脂碾压 2：均相膜：苯乙烯——二乙烯苯

离子交换膜的选择性：以磺酸基离子交换膜为例
离子交换膜的再生：H2O=H++OH-
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EDI的优点：




(1)EDI与RO配套使用,可调节电流以改变出水质量, 用标准模块组合改变出水量。 (2)EDI不用再生树脂,免除了树脂化学再生配套设施 (如酸碱贮罐、泵和管道)使纯水系统设备结构简化, 投资节省,操作简化,运行费用降低。 (3)技术经济比较还表明,EDI比混床系统更能适应进 水中TDS变化而不影响出水质量,而且对制水成本影 响很小。 (4)EDI环境效益显著,表现在二个方面:①克服了树脂 化学再生造成的废水污染;②EDI排放的浓水可直接 回到RO之前再利用,这样EDI单元可以做到没有废水 排放。
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原水预处理
原水——原水箱——原水泵—— ——石英砂过滤器

原水经过多介质过滤器的多层机械过滤，可以滤除掉原水中的泥砂、 铁锈、固体大颗粒物、胶体等杂物。

——活性炭过滤器
主要作用：除去原水中的有机物，游离氯，色素和臭味等，其主要 原理是滤料表面吸附和过滤.

——软化器
作用：降低原水的硬度，其主要原理是用阳离子交换树脂交换原水 中的钙、镁离子从而降低原水硬度。离子交换树脂使用一定时间之 后，需要再生，再生就是用钠离子将附在阳离子交换树脂上的钙镁 等离子交换出来。
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反渗透系统（RO）

渗透与反渗透

渗透：渗透是水分子经半透膜（允许溶
剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜）扩
散的现象。它由高水分子区域（即低浓 度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度 溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张） 为止 。

渗透压：范特霍夫公式
对稀溶液来说，渗透压与溶液的浓度 和温度成正比，它的比例常数就是气体 状态方程式中的常数R。用方程式表示 如下： πV=nRT 或π=cviRT π为稀溶液的渗透压，vi为溶质生成的离子 数，c为溶质的摩尔浓度，R为气体常数， n为溶质的物质的量，T为绝对温度
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反渗透：



高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将 这些物质和水分离开来。 例如：用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧 得到卤水。 RO反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜 制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。 如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微 孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化 学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速 度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而 水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当 的渗透量或脱盐率。
EDI设备一般以反渗透（RO）纯水作为EDI给水。RO纯水电阻
率一般是40-2μS/cm（25℃）。EDI纯水电阻率可以高达 18 MΩ.cm(25℃)，但是根据去离子水用途和系统配置设置，EDI 纯水适用于制备电阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的纯水。
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离子交换膜的选择
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EDI系统的清洗

当出现以下问题时模块需要清洗
1.由于硬度产生的结垢，主要在浓水室出现 2.对离子交换树脂和膜的无机物污堵 3.对离子交换树脂和膜的有机物污堵 4.对模块和系统管道及其它组成的微生物污 染 5.以上数种污堵的结合

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清洗方案
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软水器再生



树脂的冲洗与再生 Ca2+、Mg2+离子被Na+离子置换出来后就存留在交换剂中，使用一段 时间后，Na+离子接近被置换完时，交换剂就会失效，不再起软化作 用了。这时就需要用食盐水对交换剂进行再生处理（还原），即再用 Na+离子把交换剂中的Ca2+、Mg2+离子置换出来并用水冲走。经再生 处理后的离子交换剂又成为Na-R型。 再生过程是： 反冲洗——翻松钠离子交换树脂，并可将离子交换层表面的泥沙、悬 浮物、杂质、破碎的树脂等冲走； 再生———盐液（浓度10%）以一定速度从下至上流过离子交换层， 或用饱和盐液浸泡离子交换树脂； 正冲洗——为了清除残存的还原剂和再生还原时的生成物CaCl2、 MgCl2，需进行正洗，直到出水无咸味时停止冲洗。 补水———再生吸盐以后自动将水补入盐箱以备下次再生。
用清洗液1清洗系统
用清洗液2清洗系统
用清洗液2清洗系统，污染严重时 用清洗液3清洗
有机物沉淀
用清洗液2清洗系统，污染严重用 清洗液3清洗 依据可能的种类选择三种清洗液中 的一种清洗系统
细菌污染
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EDI系统

EDI (Electro de ionization )：是
方案 第一步 第2步 第3步 第4步 1 浓水室酸 洗 冲洗 2 酸洗 冲洗 再生 3 碱洗 冲洗 再生 4 酸洗 碱洗 冲洗 再生 5 盐水清洗 冲洗 消毒 盐水清洗 6 酸洗 盐水清洗 冲洗 消毒 7 盐水清洗 冲洗 消毒 碱洗 8 酸洗 盐水清洗 冲洗 消毒
第5步
冲洗
盐水清洗
冲洗
碱洗
第6步
再生